(1) Caracteristicile aliajelor de aluminiu din seria 7xxx
Aliajele de aluminiu din seria 7XXx sunt aliaje de aluminiu cu Zn ca element principal de aliere și sunt aliaje de aluminiu tratabile termic. Când se adaugă Mg în aliaj, acesta devine aliaj Al-Zn-Mg. Aliajul are proprietăți bune de deformare termică și o gamă largă de călire. În condiții adecvate de tratament termic, poate obține o rezistență ridicată și proprietăți bune de sudare. Are, în general, o rezistență bună la coroziune și o anumită tendință la coroziune prin stres. Este un aliaj de aluminiu sudabil de înaltă rezistență. Aliajul Al-Zn-Mg-Cu este dezvoltat pe baza aliajului Al-Zn-Mg prin adăugarea de Cu. Rezistența sa este mai mare decât cea a aliajelor de aluminiu din seria 2X. Se numește în general aliaj de aluminiu ultra-înalt. Limita de curgere a aliajului este apropiată de rezistența la tracțiune, raportul de curgere este mare, iar rezistența specifică este, de asemenea, mare, dar plasticitatea și rezistența la temperatură înaltă sunt scăzute. Este potrivit pentru piese structurale portante utilizate la temperatura camerei și sub 120 de grade. Aliajul este ușor de prelucrat și are rezistență bună la coroziune și duritate ridicată. Această serie de aliaje sunt utilizate pe scară largă în domeniile aviației și aerospațiale și au devenit unul dintre cele mai importante materiale structurale din acest domeniu.
(2) Elemente de aliere și elemente de impurități și funcțiile acestora
① Aliajul Al-Zn-Mg Zn și Mg sunt principalele elemente de aliere în aliajul Al-Zn-Mg, iar conținutul lor nu este în general mai mare de 7,5%.
Zn și Mg: Pe măsură ce conținutul de Zn și Mg din aliaj crește, rezistența la tracțiune și efectul tratamentului termic cresc în general în consecință. Tendința de coroziune prin tensiuni a aliajului este legată de suma conținutului de Zn și Mg. Pentru aliajele cu Mg ridicat și Zn scăzut sau Zn ridicat și Mg scăzut, atâta timp cât suma conținutului de Zn și Mg nu este mai mare de 7%, aliajul are o rezistență bună la coroziune la stres. Tendința la fisurarea de sudare a aliajului scade odată cu creșterea conținutului de Mg.
Urme de elemente adăugate în aliajele Al-Zn-Mg includ Mn, Cr, Cu, Zr și Ti, iar principalele impurități includ Fe și Si.
Mn și Cr: Adăugarea de Mn și Cr poate îmbunătăți rezistența la coroziune sub tensiune a aliajului. Conținutul de Mn este de 0,2%~
La {{0}},4%, efectul este semnificativ. Efectul adăugării Cr este mai mare decât adăugării Mn. Dacă se adaugă Mn și Cr în același timp, efectul de reducere a tendinței de coroziune sub tensiune va fi mai bun. Cantitatea adecvată de Cr adăugată este 0,1%~0,2%.
Zr: Zr poate îmbunătăți semnificativ sudabilitatea aliajelor A{{0}}Zn-Mg. Când se adaugă 0.2% Zr la aliajul AlZn5Mg3Cu0.35Cr{0.35, fisurile de sudură sunt reduse semnificativ. Zr poate crește și temperatura finală de recristalizare a aliajului. În aliajul AlZn4.5Mg1.8Mn0.6, când conținutul de Zr este mai mare de 0,2%, temperatura finală de recristalizare a aliajului este peste 500 grade . Prin urmare, materialul își păstrează încă rezistența după stingere. Țesut deformat. Adăugarea a 0,1% până la 0,2% Zr la aliajele Al-Zn-Mg care conțin Mn poate îmbunătăți, de asemenea, rezistența la coroziune prin stres a aliajului, dar Zr are un efect mai mic decât Cr.
Ti: Adăugarea de Ti în aliaj poate rafina dimensiunea granulelor aliajului în starea turnată și poate îmbunătăți sudabilitatea aliajului, dar efectul său este mai mic decât cel al Zr. Dacă Ti și Zr sunt adăugate în același timp, efectul este mai bun. În aliajul AlZn5Mg3Cr0.3Cu{0.3 cu un conținut de Ti de 0.12%, când conținutul de Zr depășește 0.15%, aliajul are un conținut bun sudabilitate și alungire și poate obține același efect ca atunci când mai mult de 0,2% Zr este adăugat singur. Ti poate crește, de asemenea, temperatura de recristalizare a aliajului.
Cu: Adăugarea unei cantități mici de Cu la aliajele Al-Zn-Mg poate îmbunătăți rezistența la coroziune și rezistența la tracțiune. Cu toate acestea, sudabilitatea aliajului este redusă.
Fe: Fe poate reduce rezistența la coroziune și proprietățile mecanice ale aliajului, în special pentru aliajele cu conținut ridicat de Mn. Prin urmare, conținutul de Fe ar trebui să fie cât mai scăzut posibil și conținutul său ar trebui limitat la mai puțin de 0,3%.
Si: Si poate reduce rezistența aliajului, poate reduce ușor performanța de îndoire și poate crește tendința de apariție a fisurilor de sudare. Conținutul de Si din aliaj ar trebui să fie limitat la mai puțin de 0,3%.
② Aliaj Al-Zn-Mg-Cu Aliajul Al-Zn-Mg-Cu este un aliaj care poate fi tratat termic. Principalele elemente de întărire sunt Zn și Mg. Cu are, de asemenea, un anumit efect de întărire, dar funcția sa principală este de a îmbunătăți rezistența la coroziune a materialului.
Zn și Mg: Zn și Mg sunt principalele elemente de întărire. Când coexistă, vor forma fazele η (MgZn2) și T (Al2Mg2Zn3). Faza η și faza T au o solubilitate mare în AI și se modifică dramatic odată cu creșterea și scăderea temperaturii. Solubilitatea MgZn₂ la temperatura eutectică este de 28%, care este redusă la 4%~5% la temperatura camerei. Are un efect puternic de întărire a îmbătrânirii. Creșterea conținutului de Zn și Mg poate îmbunătăți considerabil rezistența și duritatea, dar va reduce plasticitatea, rezistența la coroziune la stres și duritatea la rupere.
Cu: Când Zn/Mg este mai mare de 2,2 și conținutul de Cu este mai mare decât Mg, Cu și alte elemente pot produce o fază S (CuMgAlz) întărită pentru a crește rezistența aliajului, dar în cazul opus, posibilitatea ca existența fazei S este foarte mică. Cu poate reduce diferența de potențial dintre limita granulelor și intragranulară și, de asemenea, poate schimba structura fazei de precipitat și poate rafina faza de precipitat a graniței, dar are un efect redus asupra lățimii zonei de neprecipitare a graniței. Poate inhiba tendința de fisurare intergranulară, îmbunătățind astfel rezistența la coroziune prin stres a aliajului. Cu toate acestea, atunci când conținutul de Cu este mai mare de 3%, rezistența la coroziune a aliajului se deteriorează. Cu poate crește suprasaturația aliajului, poate accelera procesul de îmbătrânire artificială al aliajului între 100 și 200 de grade C, poate extinde intervalul de temperatură stabil al zonei GP și poate îmbunătăți rezistența la tracțiune, plasticitatea și rezistența la oboseală. În intervalul în care conținutul de Cu nu este prea mare, rezistența la oboseală ciclică și tenacitatea la rupere sunt crescute odată cu creșterea conținutului de Cu, iar rata de creștere a fisurilor este redusă în mediul coroziv, dar adăugarea de Cu are o tendință. pentru a produce coroziune intergranulară și coroziune prin pitting. Efectul Cu asupra tenacității la rupere este legat de raportul Zn/Mg. Când raportul este mic, cu cât conținutul de Cu este mai mare, cu atât duritatea este mai slabă; când raportul este mare, chiar dacă conținutul de Cu este mare, duritatea este încă foarte bună.
Există, de asemenea, o cantitate mică de oligoelemente, cum ar fi Mn, Cr, Zr, V, Ti, B în aliaj. Fe și Si sunt impurități dăunătoare din aliaj, iar interacțiunile lor sunt după cum urmează.
Mn, Cr: Adăugarea unei cantități mici de elemente de tranziție, cum ar fi Mn și Cr, are un efect semnificativ asupra structurii și proprietăților aliajului. Aceste elemente pot produce particule dispersate în timpul recoacerii de omogenizare a lingoului, împiedică migrarea dislocațiilor și a limitelor de cereale, crescând astfel temperatura de recristalizare, prevenind eficient creșterea boabelor, rafinând boabele și asigurând că structura rămâne nerecristalizată sau parțial recristalizată după prelucrare la cald și tratament termic, astfel încât rezistența să fie îmbunătățită, având în același timp o rezistență mai bună la coroziune. În ceea ce privește îmbunătățirea rezistenței la coroziune, adăugarea de Cr este mai bună decât adăugarea de Mn.
Zr: Recent, a existat o tendință de a înlocui Cr și Mn cu Zr. Zr poate crește foarte mult temperatura de recristalizare a aliajului. Fie că este vorba de deformare la cald sau de deformare la rece, structura nerecristalizată poate fi obținută după tratamentul termic. Zr poate îmbunătăți, de asemenea, călibilitatea, sudabilitatea, duritatea la rupere, rezistența la coroziune, etc. Zr este un oligoelement de aditiv foarte promițător în aliajele Al-Zn-Mg-Cu.
Ti și B: Ti și B pot rafina boabele aliajului în stare turnată și pot crește temperatura de recristalizare a aliajului.
Fe și Si: Fe și Si sunt impurități nocive inevitabile din aliajele de aluminiu 7XxX, care provin în principal din materii prime, precum și din unelte și echipamente utilizate în topire și turnare. Aceste impurități există în principal sub formă de FeAl dur și casant și Si liber. Aceste impurități pot forma, de asemenea, compuși grosieri precum (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) cu Mn și Cr. FeAl3 are efectul de rafinare a cerealelor, dar are un impact mai mare asupra rezistenței la coroziune. Pe măsură ce crește conținutul de fază insolubilă, crește și fracția de volum a fazei insolubile. Aceste faze secundare insolubile se vor rupe și se vor alungi în timpul deformării, rezultând o structură cu bandă, iar particulele sunt aranjate într-o linie dreaptă de-a lungul direcției de deformare. Deoarece particulele de impurități sunt distribuite în interiorul boabelor sau pe limitele granulelor, în timpul deformării plastice, pe unele limite particule-matrice apar pori, rezultând microfisuri, care devin originea macrofisurilor. În plus, are o mare influență asupra ritmului de creștere a fisurilor de oboseală. Are un anumit efect de reducere a plasticității locale în timpul distrugerii. Creșterea numărului de impurități scurtează distanța dintre particule, reducând astfel fluiditatea deformării plastice în jurul vârfului fisurii. Deoarece faza care conține Fe și Si este greu de dizolvat la temperatura camerei, joacă un rol de crestătură și devine cu ușurință o sursă de fisuri, determinând ruperea materialului, ceea ce are un efect foarte negativ asupra alungirii, în special asupra tenacității la rupere a aliaj. Prin urmare, atunci când se proiectează și se produc aliaje noi, conținutul de Fe și Si este strict controlat. Pe lângă utilizarea de materii prime metalice de înaltă puritate, în timpul procesului de topire și turnare sunt luate și unele măsuri pentru a preveni amestecarea acestor două elemente în aliaj.